Esquemas de Memoria Basados en Asignación Contigua

1. Introducción a la Asignación Contigua de Memoria

La asignación contigua de memoria es un esquema en el que el sistema operativo asigna un bloque de memoria contiguo a cada proceso. Este modelo implica que todo el espacio necesario para el proceso se reserva de manera continua en la memoria principal, lo que facilita el acceso directo y ordenado al área de memoria del proceso. Sin embargo, también plantea desafíos relacionados con el manejo eficiente de la memoria, especialmente en sistemas multitarea y multiprogramados.

2. Características de la Asignación Contigua

• Memoria Contigua: La memoria asignada a un proceso está en un bloque continuo de direcciones, lo que simplifica el cálculo de direcciones de memoria y reduce la complejidad en el acceso.
• Simples y Eficientes: Los esquemas de asignación contigua permiten un acceso más rápido, ya que las direcciones están organizadas de manera consecutiva y sin interrupciones, lo cual reduce los cálculos de reubicación.
• Problemas de Fragmentación: Este esquema sufre de fragmentación externa, ya que, a medida que los procesos se asignan y liberan, se generan pequeños fragmentos de memoria inutilizables dispersos en el espacio total.

3. Componentes de la Asignación Contigua

• Registro Base y Registro Límite: Para controlar el acceso a la memoria, el hardware utiliza dos registros:
  • Registro Base: Contiene la dirección de inicio del bloque de memoria asignado al proceso.
  • Registro Límite: Contiene la longitud del bloque asignado, lo que permite al sistema verificar que el proceso no acceda a direcciones fuera de sus límites.
  • Estos registros solo son accesibles en modo privilegiado, garantizando la protección del espacio de memoria de cada proceso.

4. Tipos de Asignación Contigua

Existen dos tipos principales de asignación contigua en sistemas operativos:

• Asignación Contigua Estática:
  • La asignación de memoria se realiza al inicio de la ejecución del proceso y permanece sin cambios durante su vida útil.
  • Ventaja: Simplicidad en la administración, ya que el proceso siempre tiene el mismo bloque de memoria asignado.
  • Desventaja: Poco flexible y no permite ampliar el espacio de memoria del proceso en tiempo de ejecución.
• Asignación Contigua Dinámica:
  • La asignación de memoria puede cambiar durante la ejecución del proceso.
  • Ventaja: Permite aumentar o reducir el espacio de memoria de acuerdo con las necesidades del proceso, haciendo un mejor uso de la memoria disponible.
  • Desventaja: Puede ser más compleja de gestionar debido a la reubicación de direcciones y la necesidad de administrar espacios libres en tiempo real.

5. Políticas de Asignación de Espacio

El sistema operativo debe decidir cómo asignar los bloques de memoria contigua a los procesos. Las políticas de asignación más comunes son:

• Mejor Ajuste (Best-Fit):
  • Se asigna el bloque de memoria libre más pequeño en el que el proceso pueda caber.
  • Ventaja: Minimiza el desperdicio de espacio grande al asignar bloques pequeños.
  • Desventaja: Conduce a la creación de pequeños fragmentos de memoria (fragmentación externa), los cuales no pueden usarse para procesos mayores.
• Peor Ajuste (Worst-Fit):
  • Se asigna el bloque de memoria libre más grande disponible.
  • Ventaja: Evita la creación de fragmentos pequeños al reservar los bloques más grandes.
  • Desventaja: Puede generar fragmentación si el bloque más grande se divide repetidamente, dejando espacio insuficiente para otros procesos.
• Primer Ajuste (First-Fit):
  • Se asigna el primer bloque de memoria libre que sea lo suficientemente grande para el proceso.
  • Ventaja: Es más rápido que los otros enfoques, ya que basta con encontrar el primer bloque adecuado.
  • Desventaja: No siempre es el más eficiente en términos de uso de memoria, ya que puede dejar bloques grandes desaprovechados.

6. Ventajas y Desventajas de la Asignación Contigua

Ventajas

• Acceso Rápido y Directo: La estructura contigua de los bloques facilita el acceso a las direcciones de memoria y reduce la complejidad en el cálculo de direcciones.
• Simplicidad: Los esquemas de asignación contigua son fáciles de implementar y requieren menor gestión comparados con esquemas no contiguos.

Desventajas

• Fragmentación Externa: A medida que se asignan y liberan bloques, se crean fragmentos pequeños e inutilizables en la memoria, lo cual disminuye la eficiencia del uso de la memoria.
• Dificultad de Crecimiento: No es fácil extender el tamaño de un proceso sin la posibilidad de mover otros procesos, especialmente si la memoria ya está fragmentada.

7. Solución a la Fragmentación Externa: Compactación

Para mitigar el problema de la fragmentación externa, los sistemas pueden aplicar un proceso de compactación de memoria:

• Compactación de Memoria:
  • La compactación es el proceso de reorganizar los bloques de memoria para juntar los espacios libres en un solo bloque continuo.
  • Ventaja: Mejora la eficiencia de la memoria y reduce la fragmentación externa.
  • Desventaja: Es una operación costosa y consume tiempo, ya que implica mover procesos y actualizar registros.

8. Ejemplo de Asignación Contigua en un Sistema Operativo

En un sistema operativo que utiliza asignación contigua, cada proceso recibe un bloque continuo de memoria. A continuación, un ejemplo de cómo podría verse la asignación:

1. Proceso A ocupa las direcciones de memoria de 0 a 500.
2. Proceso B ocupa las direcciones de 501 a 1000.
3. Cuando el proceso A termina, el espacio de 0 a 500 queda libre.
4. Si se carga un nuevo proceso (C) que requiere solo 300 direcciones de memoria, podría colocarse en el espacio de 0 a 299.
5. Con el tiempo, si se eliminan y agregan procesos, pueden quedar espacios vacíos dispersos, causando fragmentación.